南黄海盆地南部坳陷晚白垩世-第四纪构造演化对油气的控制①

2014-04-11王振鸿胡明毅汤济广薛丹孙春燕

化工矿产地质 2014年3期

王振鸿胡明毅汤济广薛丹孙春燕

1长江大学地球科学学院，湖北武汉 430100

2 长江大学油气资源与勘探技术教育部重点实验室，湖北武汉 430100

南黄海是目前中国近海油气勘探及油气突破程度最低的海域，现已成为勘探开发的热点，具有良好的勘探开发前景。钻探资料证实南部坳陷上白垩统及古近系厚度较大，生储盖条件好，南四凹陷古近系含油气系统较为发育，目前将阜宁组含油气系统的次生油气藏作为寻找油气的主要层位【1】。

经过近几十年对南黄海盆地南部坳陷的研究，在地球物理、沉积、油气开发等方面取得较多认识，而构造地质认识相对薄弱。郑求根提出南黄海盆地是扬子板块俯冲在华北板块之下，在造山带侧翼形成的陆内前陆盆地【2】。王伟锋等人研究认为郯庐断裂活动造成了断裂变形，南黄海盆地由于同时受到北西—南东两个方向作用发生伸展变形，再经历长期张扭、压扭、地幔拱升形成断陷盆地，后演化形成坳陷盆地【3】。王连进也认为南黄海盆地属于早断晚坳的复合型盆地，将其构造演化以晋宁事件和印支-燕山事件为界划分为前扬子板块、稳定地台以及西太平洋活动陆缘三个演化阶段【4】。姜月华、业治铮则认为自三叠纪到白垩纪，江苏及邻区的含油气盆地发生了海相裂陷盆地-前陆盆地-陆内走滑-拉张盆地-陆内坳陷盆地-陆内断陷盆地的演化过程【5】。上述观点有所差异的主要原因在于开发区动用程度低，盆地内勘探程度不够，以及地层系统的划分标准不同，且研究区断裂发育、岩浆活动强烈、构造运动复杂【6】，在盆地性质研究上存在很大争议，对构造特征和构造演化的观点也不尽相同。因此，本文通过对研究区晚白垩世—第四纪时期的构造进行深入分析，重塑南黄海盆地南部坳陷现今的结构构造格局，恢复重建中新生代以来的构造演化过程，进而研究构造演化对油气的控制作用，并对有利区带进行了有效预测，对下一步油气勘探具有重要的指导意义。

1 区域地质背景

南黄海盆地南部坳陷构造处于扬子地台东北部，西临苏北盆地，南靠苏南-勿南沙隆起，东与海域区隆起毗邻（图 1）。中、新生代盆地位于构造特征复杂的古、中生界之上，受特提斯和太平洋构造域的复合叠加，依次经历了前扬子板块、稳定地台和西太平洋活动陆缘三个阶段，形成一个以古近-新近系为主体的陆相叠加型含油盆地，总体上具复杂的构造发育史【7】。研究区中新生代地层主要有中生界白垩系和新生界的阜宁组、戴南组、三垛组、盐城组。

图1 南黄海盆地南部坳陷地理位置图Fig.1 Location map of the Southern Sag, the South Yellow Sea Basin

2 构造特征

2.1 构造层划分及特征

根据研究地层接触关系，以仪征运动构造界面为主要分界面，南黄海盆地南部坳陷可分为两大构造层，即盆地基底、盆地盖层。其盆地基底即为前泰州组构造层，而盆地盖层可再分为断拗期亚构造层、断陷期亚构造层、坳陷期亚构造层，其中断陷期亚构造层可在细分为两个Ⅲ级构造层。

（1）前泰州组构造层泰州组沉积前，上白垩统浦口组和赤山组在南黄海盆地南部坳陷几乎全盆发育，受早期逆冲断层的负反转作用，发育系列箕状断陷。泰州组沉积前，发生一定的剥蚀夷平作用。该构造层整体构造走向由西向东由NE向转为近东西向，再转为NWW向，整体呈弧形向北凸出，其弧形顶端位于南二凹陷处，构造形态受早期逆冲推覆作用和晚期的伸展作用共同控制。

（2）断拗亚构造层断拗亚构造层由泰州组和阜宁组构成，整体构造形态与Tg（泰州组底部）反射面构造特征类似，即泰州组沉积前构造形态控制宏观构造走向，晚期断陷制约具体凹陷构造等值线特征。整体上埋藏深南侧大于北侧，西侧大于东侧。而且受晚期断陷作用所制约，各凹陷表现为箕状断陷结构，即南断北超。

（3）断陷亚构造层断陷亚构造层可再细分为戴南构造层和三垛构造层。但是受断陷作用，盆岭构造使得各凹陷分割性较强，其间为多个凸起所分隔，因此构造等值线在空间上没有连片，但宏观构造走向依然与断拗亚构造层类似。由于该期断陷作用的增强，因此空间上该构造层的断裂密度较断拗亚构造层多。

（4）坳陷亚构造层在三垛运动的剥蚀夷平基础上，南黄海盆地南部坳陷原型盆地演变为坳陷，整体形成一个位于南五-南四凹陷之间的沉降中心，以上述中心构造等值线呈环状展布。

地震剖面特征能够直接或间接的显示出地层的接触关系，进而直观的体现构造运动的期次和强度。南黄海盆地南部坳陷上自白垩系泰州组沉积以来经历过多期和多性质的构造运动，上覆地层阜宁组、戴南组、三垛组、盐城组等地质体发生了多期变形，地层之间形成不同类型的接触关系，并表现出不同的沉积建造和构造改造特征。图2的地震剖面显示，自下而上，古近系戴南组与下覆阜宁组、三垛组与下覆戴南组两套地层均呈角度不整合、平行不整合关系，新近系与古近系地层为区域性角度不整合。

2.2 构造单元及断裂体系

基于主干控凹断层的分布以及盆地盖层的分布差异，并遵循与传统的单元名称相一致的原则，在前人基础上对南黄海盆地南部坳陷的构造单元进行划分。通过对地震资料的详细研究，在坳陷北侧精细识别出两个凹陷（图 3），即南八凹陷和南九凹陷，并对南二凹陷进行重新划分为南北两个凹陷，其中南二凹陷北与陆上盐城凹陷结构相似，在成因上有一定的联系，南二凹陷南则与陆上的白驹凹陷差别较大，期间在海陆过渡带存在沿海岸的基底断层，从而造成海陆过渡上的差异（图4）， c18707测线中南二凹陷北和南二凹陷南中部为隆起位置，与陆上建湖隆起能较好的连上（图 2）。基于断陷期沉降幅度和后期改造强度，将断陷分为 2种结构类型：裂陷型、断-拗型。其中，裂陷型有南五凹陷、南四凹陷和南七凹陷；断-翘型断陷包括南八凹陷、南九凹陷、南二凹陷北、南二凹陷南等。

图2 南黄海盆地南部坳陷南二凹陷cl8707测线反映的地层角度不整合（箭头表示地层削蚀）Fig.2 cl8707 measuring line of the South Second Depression reflects stratigraphic unconformity in the Southern Sag, the South Yellow Sea Basin(arrows indicate stratigraphic cut erosion)

图3 南黄海南部坳陷构造单元划分图Fig.3 Division of tectonic units of the Southern Sag , the South Yellow Sea Basin

南黄海南部坳陷经历多期构造运动，断裂构造格局复杂。基于断裂走向，大致可分为两组：西部凹陷为北东东—东西向，东部凹陷以北西西向为主，整体构成向北突出的弧形展布。近东西向断层多为断陷期产物，即戴南组和三垛组沉积期所形成，多属于“同断陷期伸展断层”，为盖层滑脱型断层，仅控制局部构造。如南二凹陷cl8707测线所揭示两个小型箕状断陷受北倾主干断层控制（图2）。北西西向断陷基底卷入型主干断层对于晚白垩世—第四纪伸展盆地而言属于主干正断层，但是多数是利用印支-燕山期区域性逆冲断层面发生反转位移，因此从断层在盆地基底中位移角度也可定义为反转逆断层。如南九凹陷、南四凹陷、南五凹陷控凹断层均为早期的逆冲断层，其中前两凹陷的控凹断层早期呈铲状，南五凹陷的则呈阶梯状（图5）。

图4 南黄海盆地南部坳陷南二凹陷c18710测线地震剖面图Fig.4 Seismic profile of c18710 measuring line of the South Second Depression,the Southern Sag, the South Yellow Sea Basin

图5 南黄海盆地南部坳陷南五凹陷97r44n测线地震解释剖面图Fig.5 Seismic interpretation profile of 97r44n measuring line of the South Fifth Depression ,the Southern Sag, the South Yellow Sea Basin

2.3 区域构造格架

南黄海南部坳陷的凹陷和凸起近东西向成排分布，不同的构造边界条件使得各凹陷具不同的构造形态和构造演化过程。

2.3.1 区域构造特征受早期苏鲁造山带向南逆冲的构造格局控制，南黄海盆地南部坳陷各凹陷整体在早期向北倾斜的逆冲断层基础上，发生后缘断片回滑，从而形成系列南断北超的箕状断陷[8]，各个凹陷表现出以下几个特征。①各凹陷中，除了南九凹陷为北断南超，其余均为南断北超、南陡北缓的箕状断陷构造格局.②各凹陷的轴向与凹陷中古近系的沉降中心轴向大致相同，控凹断层的长度大有区别，南二凹陷北、南三凹陷、南五凹陷、南七凹陷、南八凹陷、南九凹陷的南侧发生隆起或凸起时，控凹的断层往往延续较长，接近于凹陷长度。南二凹陷南、南四凹陷南侧为低凸起，凹陷与低凸起间由断层接触转为基底的抬升过渡，控凹断层长度较短.③各凹陷空间上成排成带分布，即南北成排、东西分带，自南到北，呈现三排凹陷、两排凸起的分布格局，各凹陷与凸起中，又以南二凹陷北+南二凹陷南、南九凹陷+南四凹陷+南二低凸起+南五凹陷所构成的两带较东西两侧沉积厚度较大，且基底埋深较深。

2.3.2 典型凹陷结构构造特征以南二凹陷、南四凹陷、南五凹陷为例，精细分析其结构构造特征。

（1）南二凹陷南二凹可以分为南北两个凹陷：南二凹陷北和南二凹陷南，为一单面山所分隔，该单面山与建湖隆起相连，为南断北超箕状断陷，结构形态较为简单，仅在断阶带中发育顺向系列断层，而斜坡带中无断层发育。南二凹陷南亦为南断北超箕状断陷，陡坡带中仅发育两条控凹断层，而斜坡带发育部分高角度同向、反向断层（图2）。

（2）南四凹陷南四凹南部控凹边界由多条断层构成，总体结构为单断式和双断式。东段在三垛组沉积前表现为单断式，三垛组沉积前反向断层强烈活动，从而形成双断式来制约三垛组沉积分布；西段则从泰州组沉积开始，持续为双断式，双断式最宽处位于L48测线处（图6），测线东西侧断陷变窄，断陷内主要发育与控凹断层同向的正断层。在后期三垛事件中，各处反转作用强度一致，西侧发生区域性隆升作用，东侧发生褶皱变形作用。

（3）南五凹陷南五凹南部控凹总体呈现出南断北超的格局，其边界为单条断层，在斜坡带发生重力挠曲，形成的反向断层，进一步控制着地层的再次挠曲，故而形成了“包心菜式”地堑系。其中挠曲运动最为强烈地方位于97r44n测线处，凹陷西段深凹带同向断层发育，而中东段断层较少发育，是南五凹最大沉积中心处（图5）。在后期三垛事件中，南五凹主要发生褶皱变形作用，导致背斜闭合度进一步增强，而深凹带则向斜变形作用强烈。

图6 南黄海盆地南部坳陷南五-南四凹陷L48测线地质剖面图Fig.6 Geological profile of L48 measuring line of the South Fifth -South Fourth Depression,the Southern Sag, the South Yellow Sea Basin

3 构造演化

3.1 构造演化特征

南黄海南盆地晚白垩世以来经历了 3次伸展活动期和3次反转期，不同地质时期的盆地结构有明显变化。依据盆地盖层内部的角度不整合和盆地沉降、断层活动特征可将盆地分为晚白垩世—古新世、始新世和新近纪—第四纪等三期盆地【9】（表1）。同一时期不同凹陷的构造活动特点也有差异，断陷期盆地的差异性更大，总体上是西部发育相对宽而深的断陷盆地、东部发育相对窄而浅的断陷盆地。

表1 南黄海盆地南部坳陷构造演化特征简表Table 2 Tectonic evolution profile of the Southern Sag, the South Yellow Sea Basin

始新世末的三垛事件结束南黄海盆地南部坳陷构造演化，造成除南二凹陷北、南二凹陷南、南八凹陷和南九凹陷断块旋转形成断翘型断陷外，在南七凹陷中形成类大庆长垣构造的反转褶皱，同时在南四凹陷和南五凹陷中也形成褶皱构造。该期构造事件所造成的地层剥蚀中，西北部剥蚀强度大，最大剥蚀厚度可达1200m，以南五凹陷剥蚀量最小（图7）。

图7 南黄海盆地南部坳陷南五-南四-南八凹陷01L1-S46 测线构造平衡剖面图Fig.7 Construct balanced profile of 01L1-S46 measuring line of the South Fifth- South Fourth-South Eighth Depression ,the Southern Sag, the South Yellow Sea Basin

泰州组-阜宁组一段沉积期南七凹陷的伸展率最大，其次为南五凹陷。中部海陆过渡带南二凹陷伸展率最小。阜宁组二-四段沉积期，最大伸展率凹陷均迁移至各中心部位，其最大伸展速率位于南五凹陷，而东西两侧伸展率相对减小。沉积速率以南五凹陷最大。戴南组沉积期南五凹陷的伸展率最大，其次为南四凹陷。沉积速率亦以南五凹陷最大，三垛组沉积期南五凹陷的伸展率最大，且较真武运动期该期伸展率普遍增大。

3.2 构造演化性质

南黄海盆地南部自坳陷形成以来，以引张作用为主，挤压作用强度一般，但是引张与挤压隆升相间的出现，造成“手风琴式”的多期构造旋回。仪征事件奠定盆地的基础，在不平整的基础上盆地由小至大、断-坳陷发展，形成盆地的生油建造；整个吴堡运动期间，区域伸展作用促使早期逆冲断层上盘岩席回滑，形成断拗，盆地整体表现为一个广盆。对于裂陷作用的第一阶段——伸展拗陷，由于伸展作用较弱，该阶段的控盆断裂非该构造作用期新生产物，仅是早期逆冲断层在伸展作用下的活化。吴堡事件后，伸展作用增强，真武运动使盆地解体为断陷结构，最终完成断陷发展，进入陆内裂陷阶段；而三垛事件使盆地整体抬升，遭受长期的强烈剥蚀之后盆地回复新一轮坳陷而逐渐消亡。

就强度和规模而言，仪征事件和三垛事件是对盆内影响最大的地质事件，导致区域性挤压向拉张体制的转换和整体抬升遭受强烈剥蚀。吴堡和真武两个事件表现为挤压抬升，但对盆区破坏性并不大，可粗略看作是盆地的继承发育期，泰州组到三垛组沉积时环境较稳定。

4 构造对油气的控制

4.1 烃源岩分布

南黄海盆地南部坳陷生油层有三垛组、戴南组、阜宁组三段—四段、泰州组二段，但前人研究存在差异性。如肖国林（2002）认为盆地南坳的阜宁组和戴南组均为主力烃源岩【10】，而陈晓东（2003）将南坳阜宁组作为勘探的主力烃源岩【11】。曾久岭等（2003）认为苏北及南黄海盆地南部坳陷南坳以阜宁组为第一主力烃源岩，北坳则以泰州组为第一主力烃源岩，纵向四套暗色泥岩，泰州组、阜宁组生油能力已被证实，戴南组为可能生油层，三垛组尚无定论【12】。杨琦等（2006）在认定阜宁组、泰州组基础上，同时强调了中下白垩统和侏罗系等生油层【13】。

阜宁组沉积期由于盆地区及周边地貌反差较小、近盆的碎屑物源不充分，形成的拗断-断拗盆地是有利烃源岩发育的欠补偿沉积环境，其中，拗陷盆地轴线及内部的活动主干断层上盘是最有利发育烃源岩的构造部位。在拗陷或断拗沉降中心及远离盆地边界的几何中心又是欠补偿沉积环境最有利的沉积区域。阜宁组一、二段沉积速率以南五凹陷最大，最大188m/Ma，三、四段则以南四凹陷最大，沉积速率最大333m/Ma，其次为南五凹陷285m/Ma，再次为南二凹陷。因此，南五凹陷、南四凹陷、南二凹陷为烃源岩分布相对广泛且厚度大，其中以南五凹陷烃源岩发育最为有利，埋藏深度大且覆盖整个凹陷，南四凹陷和南二凹陷次之。戴南组、三垛组沉积期，主干断层强烈活动，有利于烃源岩的埋藏和生烃演化。三垛组后期地温梯度降低，盐城组-东台组沉积厚度和三垛期剥蚀厚度之间的关系是确定油气成藏期次的关键。

4.2 构造作用对成烃演化的控制

杨艳秋（2004）研究显示，南部坳陷有两次深埋藏的过程，分别是在晚二叠世-早三叠世、古新世-始新世时期【14】。因此，大隆-龙潭组显示出两次生烃过程和高峰期，一次在早三叠世末期，另一次在阜宁组末到现今，即在南部坳陷古、中生界海相层有明显的二次生烃现象（或再生烃），二次生烃表现为以生气为主，而且已形成的液态烃向气转化。

以南五凹陷为例做详细研究，该凹陷三垛期剥蚀厚度较薄，剥蚀范围为250～900m，其中无锡20-ST-1井剥蚀量仅375m。盐城+东台组厚度则为1500～1750m，无锡20-ST-1井盐城+东台组厚度达1547m。因此对于整个南五凹陷而言，三垛事件后的沉积厚度远远大于三垛事件的剥蚀厚度，其相对剥蚀前，阜宁组和泰州组埋深大致增加1000余m。

盐城组-东台组沉积厚度和三垛期剥蚀厚度对比分析可知，在南五凹陷中东三垛事件后烃源岩层可以增厚，结合图7中所模拟的苏北盆地地温梯度-地质年代曲线显示，三垛沉积期地温梯度为4℃/100m，而盐城组和东台组沉积期地温梯度为 2.8℃/100m【15】。并且杨树春（2003）热史模拟揭示南五凹陷现在地温梯度为 2.55～2.9℃/100m（图 8）【16】。

基于以上数据，可以计算无锡20-ST-1井现今地层超过古地温的深度，钻井揭示，无锡20-ST-1井阜宁组四段底深为 3500m，因此，通过分析图7得知该井阜宁组四段可以二次生烃。但因其局部埋藏深度很大，所以部分位置可能只存在一次生烃，且该凹陷的成藏较其它凹陷而言更为复杂。

图8 南五凹陷W20-ST-1井埋藏史图Fig.8 Burial history of Well W20-ST-1 , the South Fifth Depression

4.3 南黄海盆地南部坳陷区块优选

对各凹陷油气成藏模式进行研究，综合各凹陷残余地层纵向分布、变形特征、成烃演化（表2），确立相应的区块优选，认为南五凹陷为勘探最优区块，勘探有利方向在斜坡带断阶及背斜部位；其次为南四凹陷，有利区位于深凹带中的背斜部位；再次为南二凹陷北和南二凹陷南，南二凹陷北有利区应在断阶带，南二凹陷南则在斜坡带。

表2 南黄海盆地南部坳陷综合区块优选表Table 2 Consolidated block preferred of the Southern Sag, the South Yellow Sea Basin

5 结论

（1）对研究区构造层进行重新划分，断拗期和断陷期的亚构造层构造等值线与边界断裂走向较为一致，断拗亚构造层整体上南侧比北侧埋深大，西侧比东侧大。断陷期亚构造层分隔性较强，且断层密度较大，坳陷期亚构造层构造等值线呈环状展布。各凹陷都表现为南断北超的箕状断陷特征，各凹陷的轴向与凹陷中古近系各沉降中心轴向大致相同。重新厘定建湖隆起范围，将其延伸入海。并将南二凹陷划分为两个凹陷：南二凹陷北和南二凹陷南，期间为建湖隆起入海处。

（2）南黄海盆地南部坳陷形成以来，引张为主，挤压不强烈，但是引张与挤压隆升相间出现，构成“手风琴式”的多期构造旋回。晚白垩世以来经历了3次伸展活动期和3次反转期，不同地质时期的盆地结构有明显变化。

（3）研究区发育多套烃源岩，其中阜宁组是有利于烃源岩发育层位；戴南组、三垛组沉积时期有利于烃源岩的埋藏和生烃演化。三垛期后是确定油气成藏期次的关键，南五凹陷可以存在二次生烃，其它凹陷则为一次生烃。根据各凹陷油气成藏模式对比，确定南五凹陷为最优勘探区块。

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